Análise termodinâmica e numérica da eficiência de um motor diesel com injeção de hidrogênio

• Autor(a) principal: Conceição, Larissa Araujo dos Santos
• Data de Publicação: 2025
• Outros Autores: Santos, Luanni de Jesus
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/40369
• topic: Motor diesel; Injeção de hidrogênio; Termodinâmica; Emissão; Cantera; Motor a diesel; Hidrogênio; Biodiesel; Termodinâmica; Análise numérica; Diesel engine; Hydrogen injection; Thermodynamics; Emission

O presente estudo investiga a eficácia de um motor diesel operando com a adição de hidrogênio (H2) como alternativa de combustível limpo. O motor analisado foi o MWM D229-4, de ignição por compressão e uso industrial, no qual o H2 foi adicionado em mistura com o óleo diesel na câmara de combustão interna. Para tal, desenvolveu-se um código de simulação em Python, executado no ambiente Google Colab e estruturado com a biblioteca Cantera, a fim de avaliar os efeitos da adição de hidrogênio sobre o desempenho e as emissões do motor. O modelo foi estruturado a partir do mecanismo cinético CRECK, em formato YAML, permitindo representar reações de oxidação do n-dodecano e do hidrogênio, além da formação de produtos como CO, CO2, O2 e NOx e possibilitando o cálculo da potência efetiva e das emissões específicas do motor em função da composição da mistura combustível. Os resultados obtidos foram confrontados com dados da literatura, assegurando a validação da metodologia; para isso, foram realizadas simulações variando a substituição energética de 5% a 20% de H2. O modelo foi configurado para simular diferentes condições operacionais, abrangendo potências de 5 a 40 kW e ângulos de combustão variando entre 30° e 120°, além de diferentes proporções de substituição energética, variando entre 0,1% a 1% de H2. Diante disso, os resultados indicaram reduções relativas de até 0,38% nas emissões de CO2 e crescimento de cerca de 2% nos NOx, quando comparadas ao diesel puro. Observou-se ainda que a eficiência térmica se manteve praticamente constante, confirmando que pequenas adições de hidrogênio não comprometem o desempenho global do motor. Assim, demonstra-se que mesmo baixos teores de H2 representam uma alternativa tecnicamente viável para a mitigação de gases poluentes em motores diesel, reforçando seu potencial de aplicação industrial em consonância com estudos recentes da literatura.